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March 2025
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Fabian Kappe
Wandlungsfähiges Halbhohlstanznieten mit linearer Prozesskinematik
Der vermehrte Einsatz von Multimaterialstrukturen führt aufgrund der werkstofflichen Inkompatibilitäten zum vermehrten Einsatz mechanischer Fügeverfahren. Eines dieser Verfahren ist das Halbhohlstanznieten. Bei diesem wird ein Nietelement in die Fügeteile eingebracht, um eine form- und kraftschlüssige Verbindung zu erzeugen. Die starren Werkzeugsysteme sind jedoch begrenzt in der Möglichkeit, auf neue Randbedingungen, wie veränderte Fügeteildickenkombinationen oder Fügeteilwerkstoffe zu reagieren.
In dieser Arbeit wird das Ziel verfolgt, die Halbhohlstanzniettechnologie hinsichtlich der Steigerung der Wandlungsfähigkeit zu erforschen, um so einen an sich veränderte Randbedingungen anpassbaren Prozess zu erzielen. Auf Basis einer Prozess- und Störgrößenanalyse wurden innere und äußere Einflussfaktoren sowie deren Wirkstärke identifiziert. Es zeigte sich, dass insbesondere die Nietlänge einen entscheidenden Einfluss auf die Verbindungsausbildung sowie den Einsatzbereich einer bestimmten Nietgeometrie besitzt.
Die Steigerung der Wandlungsfähigkeit wurde durch die Erarbeitung universeller Hilfsfügeteile sowie einer dazugehören Prozesskinematik ermöglicht. Die Hilfsfügeteile sind setzkopfseitig modifiziert, um eine Anformung an veränderte Fügeteildickenkombination zu erreichen. Die zur Verarbeitung der Elemente erarbeitete Prozesskinematik verfügt über eine gesteigerte lineare Werkzeugaktorik, um diesen zusätzlichen Anformvorgang in einem einstufigen Prozess zu realisieren.
Die Gestaltung sowie die Qualifizierung der Elementgeometrie erfolgte in dieser Arbeit zunächst auf Basis numerischer Methoden. Zur Qualifizierung der erforschten Halbhohlstanzniettechnologie wurde zudem die erforderliche Fügeanlage mit erweiterte Werkzeugkinematik aufgebaut. Die gefügten Strukturen wurden hinsichtlich der Verbindungsausbildung, dem Einfluss des zusätzlichen Umformprozesses sowie der erzielten Verbindungstragfähigkeit untersucht. Abschließend erfolgte die Untersuchung der Übertragbarkeit des wandlungsfähigen Halbhohlstanznietens auf Mischbaustrukturen.
In dieser Arbeit wird das Ziel verfolgt, die Halbhohlstanzniettechnologie hinsichtlich der Steigerung der Wandlungsfähigkeit zu erforschen, um so einen an sich veränderte Randbedingungen anpassbaren Prozess zu erzielen. Auf Basis einer Prozess- und Störgrößenanalyse wurden innere und äußere Einflussfaktoren sowie deren Wirkstärke identifiziert. Es zeigte sich, dass insbesondere die Nietlänge einen entscheidenden Einfluss auf die Verbindungsausbildung sowie den Einsatzbereich einer bestimmten Nietgeometrie besitzt.
Die Steigerung der Wandlungsfähigkeit wurde durch die Erarbeitung universeller Hilfsfügeteile sowie einer dazugehören Prozesskinematik ermöglicht. Die Hilfsfügeteile sind setzkopfseitig modifiziert, um eine Anformung an veränderte Fügeteildickenkombination zu erreichen. Die zur Verarbeitung der Elemente erarbeitete Prozesskinematik verfügt über eine gesteigerte lineare Werkzeugaktorik, um diesen zusätzlichen Anformvorgang in einem einstufigen Prozess zu realisieren.
Die Gestaltung sowie die Qualifizierung der Elementgeometrie erfolgte in dieser Arbeit zunächst auf Basis numerischer Methoden. Zur Qualifizierung der erforschten Halbhohlstanzniettechnologie wurde zudem die erforderliche Fügeanlage mit erweiterte Werkzeugkinematik aufgebaut. Die gefügten Strukturen wurden hinsichtlich der Verbindungsausbildung, dem Einfluss des zusätzlichen Umformprozesses sowie der erzielten Verbindungstragfähigkeit untersucht. Abschließend erfolgte die Untersuchung der Übertragbarkeit des wandlungsfähigen Halbhohlstanznietens auf Mischbaustrukturen.
Keywords: Mechanisches Fügen; Wandlungsfähiges Fügen; Halbhohlstanznieten
Berichte aus dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik
Edited by Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn and Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, Paderborn
Volume 171
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Print version: 978-3-8440-9930-0
DOI 10.2370/9783819100123
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